GPS-RTK在屏新S307公路地形测量中的应用

□王文礼（中国水利水电第四工程局有限公司向家坝项目部测量队）

□贾 宾 □刘中庆（河南省鹤壁市工农渠管理处）

1.RTK技术简介

高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不足1s。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持4颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。

2.屏新S307公路地形概述

四川省道307线四川屏山县至四川省新市镇段复建公路工程，起点位于四川省道307底坝大桥,与规划的G213复建工程相接，路线全长44.19km。主要地形特点，该地以高山为主，次为丘陵。山高坡陡，山体连绵相对高差700～1500m，多为“V”型谷，平均比降15.5‰，植被茂密，很不利于开展地形测量工作。

3.使用RTK在地形测量中的原因

3.1 控制点距离远高差大不利于全站仪架设

该项目控制点多布设在原有公路上即EL380淹没线以下，公路两侧树木及房屋阻隔视线严重且高差一般在50～70m左右。

3.2 地形复杂不便于转点

该地地形复杂，沟壑众多，即使在公路主线范围内布设控制点测量范围也有限，最多可以观测到200m以内地形。

3.3 河面宽阔不便于对岸架设仪器

该项目全线河面宽度在400m左右，河面航运船只不断。即使不考虑人员安全问题对岸架设仪器也会因植被茂密进展缓慢效率低下。

综上所述常规测量方案在该项目难以执行，只能改用GPS－RTK技术进行地形测量。RTK技术根据GPS的相对定位理论，将一台GPS接收机设在一个已知点做为基准站，并通过数据链实时发射差分信号，一台GPS进行同步接收卫星信号及基准站发射的差分信号作为流动站。理论上不管通过何种方式进行数据链传输，最小半径也在5km。所以不用考虑视线问题极大地方便了地形测量。

4.RTK在地形测量中的应用

4.1 测量准备

测量使用设备为leica1200系列单星（只接收美国GPS卫星信号）及配套天线2m高对中杆。前期使用PDL专用低频电台作为基准站数据链传输设备。后期因为现场情况采用手机模块通过GPRS无线网络进行数据传输。

4.2 RTK技术在地形测量中的主要优点

4.2.1 效率高缩短作业时间

与全站仪测量地形相比，节约时间。全站仪进行地形测量需要有测量控制点，因为考虑视线问题要经常性转点搬站，而在屏新线地形测量这是个大问题，需要经常性的转点搬站，平均每天只能测量600m左右地形。利用RTK技术，它的理论工作半径是5km，只要进行一次架设基准站大约20min，就可整天进行地形测量，平均一天可以测量将近2km。

4.2.2 可操作性强、使用方便灵活

Leica系列GPS,接收机手部本身就以操作性强著称，而实际应用中可以通过放样程序引导测量人员进入公路地形范围内。通过测点图形功能对现场碎步点密度和范围进行判断进行补点，与全站仪地形测量相比无需现场计算测量位置范围，更无需进行二次或多次补点。

4.2.3 精确度高

RTK在基准站架设后，需要效验其点位差。然后在再发射差分信号，其精度经过实际测算，流动站测量点位差与测量控制导线点平面位置差为±3mm，高程偏差在±12mm。而且这个偏差不存在全站仪因多次架站的仪器累计偏差，还有人为观测时的视差。在较长距离内误差没有明显变化所以不存在累计误差。即使在地形变化大的地方最多停留1min时间基本可以精确定位。

4.2.4 全天候作业无视线

RTK由于它与常规全站仪的定位方法不同，所以不需要考虑视线问题。理论上只要可以接收到无线电台数据链的差分信号和GPS卫星信号就可以正常工作。由于屏新线属于四川地区在秋季多雨而且多是小雨，用全站仪工作时间一长仪器需要遮盖而前视棱镜需要常常擦拭否则无法工作。而GPS就不存在这种问题，只要人行走没问题就可以工作。另外在清晨四川山区一般多雾，这个时候全站仪是无法工作的。而RTK技术因为不存在视线问题所以正常工作是没问题的。

4.3 RTK技术地形测量中的主要缺点

4.3.1 无线信号的干扰

GPS-RTK技术主要靠移动站和固定站同步对卫星信号接收观测，然后再通过固定站的无线设备传输差分信号进行精确定位。所以如果这两种信号任何一种受到干扰都无法工作。在屏新线地形测量中，在某些村庄有卫星电视接收器或者大功率信号塔附近都无法工作，主要表现在于流动站与固定站数据链断开无法工作。流动站卫星信号受到干扰后3DCQ值（RTK流动站工作时对三维坐标的精确度评估值）偏高。

4.3.2 植被茂密无法接受卫星信号

屏新S307沿线内植被茂密，主要是由经济作物果树、小竹林、点灌木丛组成。当RTK流动站进入果树林内在高于2m的果树旁由于卫星天线受到遮挡会迅速丢失卫星信号，无法正常工作。在密度较大的小竹林内，卫星信号同样丢失无法正常工作。

4.3.3 陡壁附近无法工作

屏新S307沿线内有些角度接近90°的断崖陡壁，当流动站距离陡壁2m范围时坐标精度开始下降，尤其是高程误差超过1m。主要原因在于陡壁高差太大、表面相对光滑，对流动站接受的卫星信号产生了多路径折射照成的。

5.结语

经过40d的艰苦测量，目前屏新S307线地形测量业已全部完成。GPS-RTK在地形测量中发挥了重要作用，既保证了精度也提高了速度。虽然GPS-RTK技术仍然存在一些问题，但是随着技术的不断革新，这些问题都将解决，在以后测量工作中会被更广泛的普及和应用。